郭 雙，陳嘉慶

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

1 引言

隨著我國社會和科技的進(jìn)步，通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，尤其是公眾移動通信業(yè)務(wù)，由二十多年前的第一代模擬制式手機(jī)起步到2G時代的GSM、CDMA、3G時代的群雄并起再到如今4G（LTE）技術(shù)智能手機(jī)的基本普及，而5G技術(shù)的應(yīng)用也指日可待了。為了保證多種移動通訊業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，城市移動通訊基站越來越密集，不少通訊基站建設(shè)在人口密集的城市中心區(qū)域。這些不斷更新發(fā)展的無線通信技術(shù)給人們的日常生活提供了很大便利，但同時也增加了人們對于電磁環(huán)境輻射安全的擔(dān)憂。因此，許多居民對基站周圍的電磁環(huán)境安全產(chǎn)生了恐懼感，擔(dān)心電磁輻射會影響人體健康。電磁輻射環(huán)境安全日益受到重視，部分群眾對建設(shè)在附近的基站持有強(qiáng)烈的抵觸態(tài)度，關(guān)于通信基站電磁輻射的投訴時有發(fā)生。通信需求和對電磁環(huán)境的擔(dān)憂存在著矛盾，因此科學(xué)公正地分析基站對周圍電磁環(huán)境產(chǎn)生的影響，不僅有助于緩解群眾擔(dān)憂，而且也有利于移動通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和健康發(fā)展。

2 基站輻射的原理

電磁輻射是指能量以電磁波的形式在自由空間傳播的現(xiàn)象。基站電磁輻射一般是指室外部分的電磁輻射，室外基站主要由天線和饋線組成?；具\(yùn)行時，其發(fā)射天線將饋線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)換為自由空間的電磁波，電磁波承載著能量向周圍空間傳播，形成電磁輻射。圖1是天線的基本輻射原理圖，天線的輻射基礎(chǔ)是瞬變的電荷，載有交變電流的導(dǎo)線就會輻射電磁波，其輻射能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)。距離很近的兩條導(dǎo)線，因電動勢相互抵消輻射較微弱，雙絞線就是利用這一原理減少傳輸能量的損失。將兩導(dǎo)線逐漸張開，導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢疊加，輻射隨之逐漸增強(qiáng)，直至兩導(dǎo)線電流方向一致時達(dá)到最強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度遠(yuǎn)小于波長時，輻射很微弱；當(dāng)導(dǎo)線的長度可與輻射的電磁波波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流就大大增加，形成較強(qiáng)的輻射，長度等于1/4波長時，輻射最強(qiáng)，成為半波對稱振子。半波振子就是一個簡單的天線，實際天線通常是由振子疊加而成的。

圖1 天線輻射原理圖

移動通信基站天線按照方向性可以分為全向天線和定向天線，定向天線的主波束輻射較強(qiáng)，旁瓣輻射較弱，能夠抑制后向信號且具有較高增益。為提高有效距離避免相互干擾，城區(qū)小區(qū)型移動基站一般采用3個板狀的定向天線，每個板狀天線負(fù)責(zé)120度區(qū)域，實現(xiàn)“三葉草狀”全方位覆蓋。作為基站的主要組成部分，天線將導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換到自由波的同時，也引起了群眾對基站產(chǎn)生輻射的擔(dān)憂。

3 測試方案

為分析基站對其周圍電磁環(huán)境產(chǎn)生的影響，在距離基站較近地點(diǎn)選取一些具有代表性的測試點(diǎn)尤為重要。這次測試地點(diǎn)選取在被測樓房的樓頂及西北方位較近距離均有基站的某辦公樓，并在樓內(nèi)重要的辦公場所（多個辦公室、值班室等）、主要的公共活動區(qū)域（會議室、走廊等）和一些接收輻射明顯的暴露點(diǎn)（窗邊）作為測試點(diǎn)。每個點(diǎn)的測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》（HJ/T10.2-1996）中的要求展開，并將所有的測試結(jié)果與《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB8702-88）中規(guī)定電磁環(huán)境的限值進(jìn)行分析和比對，根據(jù)最終結(jié)果得到相應(yīng)結(jié)論。

3.1 測試地點(diǎn)情況

選擇某六層辦公樓A作為測試地點(diǎn)，圖2為辦公樓A及周圍基站的布局圖。A樓頂架設(shè)有移動通訊基站（三個定向天線），B是樓頂架設(shè)有與A類似基站的六層辦公樓，B在A的西北方向，相距約50m。辦公樓A屬布局較為規(guī)整的建筑，其內(nèi)部各個樓層的結(jié)構(gòu)布局相同。為簡明地示意測試點(diǎn)，以辦公樓A的6層結(jié)構(gòu)布局為例進(jìn)行說明，具體的結(jié)構(gòu)布局及測試點(diǎn)分布如圖3所示。辦公樓A樓頂基站360度覆蓋，其辦公樓內(nèi)南北兩側(cè)電磁環(huán)境應(yīng)對稱，測量只選擇辦公樓南側(cè)做代表。為分析B樓基站的影響，增加了靠近B側(cè)樓梯拐角的電磁環(huán)境測試。以均勻分布為原則，分別對辦公樓A內(nèi)6層會議室中心（測試點(diǎn)1）、6層樓梯拐角（測試點(diǎn)2）、601（測試點(diǎn)3）、5層會議室中心（測試點(diǎn)4）、5層樓梯拐角（測試點(diǎn)5）、501（測試點(diǎn)6）、503（測試點(diǎn)7）、304（測試點(diǎn)8）、302（測試點(diǎn)9）共計9個典型位置作為采樣點(diǎn)進(jìn)行測試。

通過調(diào)查得知，此移動基站包含870-880MHz、954-960MHz、1830-1860MHz、2125-2155MHz、2300-2320MHz、2555-2575MHz六個頻段，在每個典型位置分別測試六個頻段。

圖2 辦公樓A及周圍基站的布局圖

圖3 辦公樓A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測試點(diǎn)分布示意圖

3.2 測試依據(jù)

GB8702-88標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電磁環(huán)境中控制公眾曝露的電場、磁場、電磁場（1Hz-3GHz）的場量限值和評價方法。根據(jù)GB8702-88中規(guī)定，對于100kHz以上頻率，在遠(yuǎn)場區(qū)只限制電場強(qiáng)度或者磁場強(qiáng)度，或等效平面波功率密度，在近場區(qū)需同時限制電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度。由于基站的主要輻射區(qū)屬于遠(yuǎn)場區(qū)，本文對某辦公樓的電場強(qiáng)度和等效功率密度進(jìn)行測試分析。GB8702-88中規(guī)定的基站工作頻段限值如表1所示。

表1 基站工作頻段部分限值表

對于電場強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)GB8702-88的評價方法中規(guī)定，當(dāng)公眾曝露在多個頻率的電場磁場、電磁場中時，應(yīng)綜合考慮多個頻率的電場、磁場、電磁場所致曝露，在0.1MHz-300GHz之間應(yīng)滿足以下關(guān)系式：

式中，Ej為頻率j的電場強(qiáng)度；EL，j為表1中頻率j的電場強(qiáng)度限值。

對于等效平面波功率密度，在自由空間中，可以依據(jù)式（1）將測試數(shù)據(jù)中電場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為功率譜密度。在實際應(yīng)用中通常要求功率譜密度低于限值的1/5，即0.08W/m2。

3.3 測試儀表的選擇

GB8702-88中標(biāo)明，電磁環(huán)境監(jiān)測工作應(yīng)該按照《環(huán)境監(jiān)測管理辦法》和HJ/T 10.2、HJ681等國務(wù)院環(huán)保主管部門制定的國家環(huán)境監(jiān)測規(guī)范進(jìn)行。《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》（HJ/T 10.2）中規(guī)定：對電磁環(huán)境輻射進(jìn)行測試時可以選擇各向同性的響應(yīng)或具有方向性電場探頭或者磁場探頭的寬帶輻射測量儀。采用方向性探頭時應(yīng)在測量點(diǎn)調(diào)整探頭測試方向以測出測量點(diǎn)的最大輻射電平。

本次測試使用德國NARDA公司生產(chǎn)的電磁選頻輻射分析儀（型號SRM-3006），使用三軸全向天線（型號3501）對待測的多個頻段的電磁環(huán)境場強(qiáng)進(jìn)行測試，設(shè)備照片如圖4所示。

圖4 設(shè)備照片圖

3.4 測試方法及結(jié)果分析

選擇10：00-12：00移動基站高峰工作時間段，為了模擬人體在電磁環(huán)境中所受的輻射，將三軸全向天線升高至1.7米高度并架設(shè)在每個測試點(diǎn)的中心位置，測試布置如圖5所示。測試系統(tǒng)布置完成后，利用SMR3006的積分功能測試出被測試頻段的電場強(qiáng)度。由于移動基站包含6個工作頻段，需在每個測試點(diǎn)就6個頻段電場強(qiáng)度進(jìn)行測試，每次連續(xù)測量5次，測試時間大于15秒。按照圖3中標(biāo)記的順序依次進(jìn)行測試。

圖5 測試布置圖

對于電場強(qiáng)度，由于被測環(huán)境中基站包含6個頻段且每個頻段包含多個頻率。根據(jù)GB8702-884.2評價方法的要求，利用SRM3006儀器的積分功能測量出單獨(dú)每個頻段的積分場強(qiáng)值。再將每個測試點(diǎn)六個頻段電場強(qiáng)度數(shù)據(jù)利用式（2）將六個頻段電場強(qiáng)度對限值歸一化并求和，所得的電場強(qiáng)度的測試結(jié)果如圖6（a）所示，九個典型位置所得的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于限值1，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖6 （a）電磁強(qiáng)度與限值的比值

圖6 （b）功率譜密度

利用式（1），將電場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為功率譜密度，結(jié)果如圖6（b）所示，功率譜密度遠(yuǎn)低于限值的1/5。根據(jù)Frris傳輸方程，可知輻射功率P∝1/d2隨著距離的增加輻射減弱。為進(jìn)一步明確移動基站電磁輻射特性，本文從橫向和縱向兩個方面對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

橫向分析：選取相同樓層不同位置的測試點(diǎn)分析。測試點(diǎn)2（6層樓梯拐角）、3（601）、1（6層會議室）三個測試點(diǎn)逐漸靠近A移動基站，輻射功率增強(qiáng)，其中測試點(diǎn)2輻射較強(qiáng)是因同時包含了B辦公樓基站的影響。測試點(diǎn)5（5層樓梯拐角）、測試點(diǎn)6（501）、測試點(diǎn)4（5層會議室）為辦公樓五層逐漸靠近基站的三個測試位置，輻射強(qiáng)度變化規(guī)律與6層相同。測試點(diǎn)9（302）、7（303）、8（304）是三層逐漸靠近A基站天線的三個測試位置，由于低樓層存在反射和建筑物遮擋等原因，輻射強(qiáng)度不完全符合Frris公式。

縱向分析：選取位置相同而樓層不同的測試點(diǎn)分析。測試點(diǎn)2（6層樓梯拐角）與5（5層樓梯拐角）、測試點(diǎn)3（601）與6（501）、測試點(diǎn)1（6層會議室）與4（5層會議室），對比三組數(shù)據(jù)，可知均隨著樓層的降低，距離變遠(yuǎn)而輻射呈減弱趨勢。

4 結(jié)束語

本文通過選取典型的測試地點(diǎn)，分析了移動基站對周圍電磁環(huán)境的影響和輻射傳播特性。此辦公樓附近基站對電磁環(huán)境的影響很小，遠(yuǎn)低于GB8702-88中電磁環(huán)境安全限值。由于實際環(huán)境中存在遮擋、多徑效應(yīng)等原因，輻射并不完全遵循Frris公式。